Перейти к содержимому
Сон играет важную роль в формировании новых воспоминаний. Благодаря ему мы способны обучаться и систематизировать полученные знания и опыт, кристаллизуя их в стабильные воспоминания. В ходе исследования этих механизмов ученые из Университета Райса и Мичиганского университета обнаружили, что нейроны в гиппокампе – участке мозга, который имеет решающее значение для памяти, – не только воспроизводят прошлые события, но и могут предвидеть будущий опыт.
Выводы опубликованы в научном журнале Nature.
Ведущая роль гиппокампа
Давно известно, что гиппокамп, критически важный участок мозга для памяти и навигации, во время сна закрепляет новый опыт в устойчивые воспоминания. Новое исследование продвигает это понимание дальше, показывая, что определенные нейроны предсказывают будущие события.
Мы можем видеть эти изменения, происходящие во время сна. Когда мы возвращаем животных в среду во второй раз, мы подтверждаем, что эти изменения отражают то, чему животные научились, пока спали.
Соавтор исследования Калеб Кемере, нейробиолог из Университета Райса
Исследователи научили крыс бегать по лабиринту и наблюдали за нейронами в их гиппокампе. Анализируя резкие волновые пульсации – паттерн активации нейронов, связанный с консолидацией памяти – они наблюдали, как отдельные нейроны формируют пространственные представления. Этот инновационный подход позволил команде оценить, где крысы «мечтали» оказаться, даже когда они спали.
Наблюдение за нейронами в действии
Впервые ученые смогли наблюдать, как отдельные нейроны стабилизируют пространственные представления во время периодов отдыха. Сон имеет решающее значение для памяти и обучения, о чем свидетельствует улучшение результатов тестов на память после сна по сравнению с периодами бодрствования или депривации сна. Два десятилетия назад исследователи обнаружили, что нейроны в мозге спящих животных воспроизводят свои исследовательские траектории. Это открытие подтвердило идею о том, что сон помогает кристаллизовать новый опыт в устойчивые воспоминания.
Однако новое исследование показывает, что это не все.
Мы предположили, что некоторые нейроны могут изменять свои репрезентации, отражая опыт, которым мы все обладаем, когда просыпаемся с новым пониманием проблемы.
Соавтор исследования Калеб Кемере, нейробиолог из Университета Райса
Нейроны способны предвидеть будущий опыт
Одной из ключевых инноваций исследования стала разработка статистического подхода к машинному обучению. Этот метод позволил исследователям определить, где животное «мечтало» находиться, и использовать эти позиции для оценки процесса пространственной настройки каждого нейрона.
Метод подтвердил, что пространственные представления, сформированные во время нового опыта, являются стабильными для большинства нейронов в течение нескольких часов сна после опыта. Однако важным прорывом стала возможность отслеживать активность нейронов даже без стимула.
Что мне больше всего понравилось в этом исследовании и почему я был так взволнован, так это то, что оказалось, что не обязательно во время сна единственное, что делают эти нейроны, – это стабилизируют память о пережитом. Оказывается, некоторые нейроны в конечном итоге делают кое-что другое.
Соавтор исследования Калеб Кемере, нейробиолог из Университета Райса
Эти изменения наблюдались во время сна, а когда животных вернули обратно в среду, изменения отражали то, чему они научились во время отдыха.
Это исследование является важным, поскольку оно представляет собой прямое наблюдение за нейропластичностью во время сна. Большинство исследований пластичности изучают перестройку мозга во время бодрствования, когда присутствуют стимулы.
Исследование демонстрирует достижения в нейронауке, которые стали возможными благодаря технологическому прогрессу в области нейронных зондов и вычислительных мощностей на основе машинного обучения. В то же время исследователи подчеркивают важность дальнейшей поддержки подобных революционных научных исследований.
